Исследование оптико-электронных систем с полихроматической оптической равносигнальной зоной для контроля смещений

• Автор: Мараев, Антон Андреевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
1 ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

1.1 Системы С приемной равносигнальной зоной

1.1.1 Оптико-электронное устройство точного позиционирования грузозахвата подъемно-транспортного механизма

1.1.2 Устройство измерения линейного смещения объекта относительно базовой линии

1.1.3 Авторефлексионный канал позиционирования руки робота

1.1.4 Системы, позиционирующиеся по закодированным меткам

1.1.5 Лазерные устройства

1.1.6 Устройства, использующие волновые свойства оптического излучения

1.2 Системы с передающей равносигнальной зоной
1.2.1 Оптико-электронные системы с модулированным оптическим излучением
1.2.2 Устройства, использующие цифровые методы обработки структурированных оптических пучков
1.3 Классификация ОЭСКС
1.4 Основные требования к ОЭСКС
1.5 Условия эксплуатации, сильно влияющие на работу ОЭСКС
1.5.1 Характеристики температуры
1.5.2 Фоновые помехи
1.6 Сравнительный анализ систем контроля смещений
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В АОЭСКС С ПОЛИХРОМАТИЧЕСКОЙ ОРСЗ
2.1 Обобщенная схема АОЭСКС с полихроматической ОРСЗ
2.2 Формирование ПОРСЗ
2.3 Распределение облученности в ОРСЗ после отражения пучка лучей КЭ
2.4 Обработка информации в приемном канале ОЭСКС
2.4.1 Общие принципы выделения информации о положении ОРСЗ
2.4.2 Анализ ОРСЗ на матричном фотоприемнике
2.5 Понятие об эффективной энергетической чувствительности в полихроматической ОРСЗ
2.5.1 Эффективная энергетическая чувствительность в ОРСЗ для монохромного излучения
2.5.2 Энергетическая чувствительность в полихроматической ОРСЗ
2.5.3 Условие совпадения энергетических чувствительностей в полихроматической ОРСЗ
2.6 Выводы по главе
3 ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ КАНАЛОВ И МЕТОДИКИ РЕАЛИЗАЦИИ ТРЕБУЕМЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АОЭСКС С ОРСЗ
3.1 Оптические схемы оптико-электронных систем с ОРСЗ
3.1.1 Построение разнесенных каналов ОЭСКС с ОРСЗ
3.1.2 Построение совмещенных оптических систем с ОРСЗ
3.2 Особенности применения полупроводниковых источников оптического излучения при формировании полихроматической ОРСЗ
3.3 Особенности применения оптических компонентов при формирование полихроматической ОРСЗ
3.4 Структуризация пучков ОРСЗ за КЭ
3.5 Особенности выбора приемников оптического излучения при анализе положения в ОРСЗ
3.6 Обработка информативных параметров ОРСЗ в приемном канале
3.6.1 Алгоритм обработки сигналов в полихроматической ОРСЗ
3.6.2 Сравнение потенциальной точности систем с ОРСЗ при различных способах модуляции оптического излучения
3.6.3 Цифровая обработка сигналов ОРСЗ на матричном фотоприемнике ПК
3.6.4 Метод обработки информации с цифрового поля анализа
3.6.5 Реализация математического метода обработки изображений
3.6.6 Нелинейная предварительная фильтрация по методу усреднения микровыборок
3.7 Габаритно-энергетический расчет ОЭСКС с ОРСЗ
3.7.1 Обобщенная последовательность энергетического расчета
3.7.2 Методика габаритно-энергетического расчета схем АОЭСКС с ОРСЗ с совмещенными каналами
3.7.3 Методика габаритно-энергетического расчета коаксиальной АОЭСКС с ОРСЗ
3.7.4 Методика габаритно-энергетического расчета АОЭСКС с ОРСЗ при матричном поле анализа
3.7.5 Сравнительный анализ схем АОЭСКС с ОРСЗ по габаритным соотношениям оптических систем
3.8 Выводы по главе
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ И АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ В АОЭСКС
4.1 Экспериментальные исследования энергетической чувствительности
4.2 Исследование распределения энергии в ОРСЗ с помощью телевизионной фотометрии
4.2.1 Методика проведения исследований для ОРСЗ с одной длиной волны
4.2.2 Исследование ОРСЗ с помощью видеокамеры
4.3 Исследование влияния размера зрачка приемной части на погрешность определения положения базовой плоскости
4.4 Исследование распределения облученности в полихроматической ОРСЗ, созданной 1ЮВ-свето диодами
4.5 Исследование распределения энергии в полихроматической ОРСЗ
4.6 Сравнение энергетической чувствительности для схем с аналоговой и цифровой обработкой энергии ОРСЗ
4.7 Экспериментальные исследования энергетической чувствительности в АОЭСКС с цифровой обработкой энергии в ОРСЗ
4.8 Выводы по главе

АУ. = --—gradj

——- grad Т— я,Г у

4х Х-
где /2/, «2 - показатели преломления воздушного тракта для двух длин волн, Т-

температура среды в К
Рисунок 1.15 - Влияние вертикальной рефракции для разных длин волн на положения лучей в полихроматической ОРСЗ.
Например, в схеме ПУЛ-Н (рисунок 1.8, 1.9) на приемнике оптического излучения (ПОИ) в ПЧ будут генерироваться электрические сигналы X) и Х2. Причем в случае равенства энергетических чувствительностей, т.е.
TjSjL, / lnI = t2S2L2 /1п2= A q 2)
где г/, г2 - коэффициенты пропускания среды для двух длин волн; S,, S2 - спектральная чувствительность ПОИ для двух длин волн; Li, L2- яркости источников излучения с двумя длинами волн; /„/, 1п2 - ширина переходной зоны ОРСЗ для двух длин волн, определяемая аберрациями и дефокусировкой объектива КФБН, величину разности выходных электрических сигналов X от воздействия регулярной рефракции для выбранных длин волн можно определить как AkSK0EHSnPgradут(п{ -п2)

п{п2Т
(1.3)
где Бкфбн - площадь выходного зрачка КФБН, 6’„;, - площадь входного зрачка ПЧ, Из выражения (1.3) нетрудно определить величину градиента температуры
gradyT:
X ВЭ-*11^2^
grad Т =- ,
AnS3EHSnP(nl —пг)
и найти величину смещения ПЧ, исключая воздействие рефракции.
(1.4)